(57)【要約】超伝導デバイスの配線構造を形成するための方法が提供される。方法は、基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、第１の誘電体層内に第１の誘電体層の上面と整列された上面を有するベース電極を形成するステップとを含む。方法は、さらにベース電極の上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、ＪＪ、ベース電極および第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、第２の誘電体層を貫通してベース電極に達する第１のコンタクトを第１のコンタクトがＪＪの第１の端部に結合するように形成し、第２の誘電体層を貫通してＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含む。
2019527942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にベース電極を形成するステップと、前記ベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
前記ベース電極上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ＪＪが、前記ベース電極とニオブ層との間に配置されたアルミニウム／酸化アルミニウム層から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ベース電極がニオブから形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のコンタクトが、前記ＪＪの直径よりも小さい直径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層に用いられる誘電体材料は、約摂氏１６０℃の温度で誘電体からなる第１および第２の材料層を形成することができる材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のコンタクトの上にある第１の導電線と、前記第２のコンタクトの上にある第２の導電線とを形成するステップをさらに含み、前記第１および第２の導電線は前記第２の誘電体層の上面に整列された上面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２のコンタクトならびに前記第１および第２の導電線は、デュアルダマシンプロセスによって形成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ベース電極がシングルダマシンプロセスによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＪＪの形成が、
前記ベース電極および前記第１の誘電体層の上にアルミニウム層を堆積するステップと、
前記アルミニウム層を酸化して前記アルミニウム層の前記上面に酸化アルミニウム層を形成するステップと、
前記酸化アルミニウム層の上にニオブ層を形成するステップと、
前記ニオブ層の上にフォトレジスト材料層を堆積しパターンニングしてジョセフソン接合の面積を画定するステップと、
前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層および前記アルミニウム層をエッチングしてＪＪを形成し、かつ前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層の残りの部分を除去するステップと、
前記フォトレジスト材料層を剥離するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板と前記第１の誘電体層との間に１つまたは複数の層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にニオブベース電極を形成するステップと、前記ニオブベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
ベース電極および前記第１の誘電体層の上にアルミニウム層を堆積するステップと、
前記アルミニウム層を酸化して前記アルミニウム層の上面に酸化アルミニウム層を形成するステップと、
前記酸化アルミニウム層上にニオブ層を形成するステップと、
前記ニオブ層の上にフォトレジスト材料層を堆積しパターンニングしてジョセフソン接合（ＪＪ）の面積を画定するステップと、
画定された面積に基づいて前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層および前記アルミニウム層をエッチングしてＪＪを形成し、前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層および前記アルミニウム層の残りの部分を除去するステップと、
前記フォトレジスト材料層を剥離するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層の上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップと、
前記第１のコンタクトの上にある第１の導電線と、前記第２のコンタクトの上にある第２の導電線とを形成するステップとを含み、前記第１および第２の導電線は、前記第２の誘電体層の上面と整列された上面を有する、方法。
【請求項１２】
前記第２のコンタクトは、前記ＪＪの直径よりも小さい直径を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層に使用される誘電体材料は、約摂氏１６０℃の温度で誘電体の第１および第２の材料層を形成することができる材料である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２のコンタクトならびに前記第１および第２の導電線は、デュアルダマシンプロセスによって形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１５】
前記ベース電極はシングルダマシンプロセスによって形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
超伝導デバイスの配線構造であって、
基板を覆う第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層内に配置され、前記第１の誘電体層の前記上面と整列された上面を有するニオブベース電極と、
ベース電極の上に接触して配置されたジョセフソン接合（ＪＪ）と、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層の上面から前記ベース電極にまで前記第２の誘電体層を貫通して延在する第１のコンタクトであって、前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するための前記第１のコンタクトと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部にまで延在する第２のコンタクトとを備える配線構造。
【請求項１７】
前記ＪＪが、前記ベース電極とニオブ層との間に配置されたアルミニウム／酸化アルミニウム層から形成される、請求項１６に記載の配線構造。
【請求項１８】
前記第２のコンタクトが、前記ＪＪの直径よりも小さい直径を有する、請求項１６に記載の配線構造。
【請求項１９】
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層に用いられる誘電体材料は、約摂氏１６０℃の温度で誘電体の第１および第２の層を形成することができる材料である、請求項１６に記載の配線構造。
【請求項２０】
前記第１のコンタクトを覆う第１の導電線と、前記第２のコンタクトを覆う第２の導電線とをさらに備え、前記第１および第２の導電線は、前記第２の誘電体層の上面と整列された上面を有する、請求項１６に記載の配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超伝導体に関し、より詳細には超伝導デバイスの配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導回路は、通信信号の完全性または計算能力が必要とされる国家安全保障のアプリケーションに著しい向上をもたらすことが期待される量子コンピューティングおよび暗号化アプリケーション用に提案されている主要技術の１つである。超伝導回路は、１００ケルビン（−１７３．１５°）未満の温度で動作する。超伝導デバイスの製造に関する取り組みは、ほとんどが大学または政府の研究室に限られており、超伝導デバイスの大量生産に関してはほとんど発表されていない。従って、これらの実験室で超伝導デバイスを製造するために使用される多くの方法は、迅速で一貫した製造が不可能なプロセスまたは装置を利用している。さらに、低温処理の必要性は、現在、超伝導デバイスの大量生産に対するより重大な障害の１つを提示している。
【０００３】
超伝導回路に使用される一般的なデバイスの１つはジョセフソン接合（ＪＪ）である。今日の典型的なジョセフソン接合（ＪＪ）は、非常に腐食性の高い電気化学浴を使用して大きなリングの形でＪＪの周りに保護的な肉厚のパッシベーション層を形成する自己整合陽極酸化プロセスを使用して形成される。酸化された超伝導材料のこの肉厚のリングは、ＪＪの活性部分と上部電極配線との間の絶縁を形成する。さらに、ＪＪを形成するためにレガシーな処理技術を使用すると、大きなトポグラフィ問題が生じ、従ってＪＪの歩留まりおよび信頼性に問題が生じる。陽極酸化プロセスを使用すると、ＪＪリングからブランケット陽極酸化層をマスキングしてエッチング除去する必要があるため、比較的大きなＪＪ面積が生じる。これらのプロセスの両方とも、直径１μｍ程度の最小サイズのＪＪをもたらし、これは集積チップの密度および機能性を制限する。
【発明の概要】
【０００４】
一例において、超伝導デバイスの配線構造を形成する方法が提供される。方法は、基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、第１の誘電体層内にベース電極を形成するステップとを含み、ベース電極は、第１の誘電体層の上面に整列された上面を有する。方法はさらに、ベース電極上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、ＪＪ、ベース電極および第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、第２の誘電体層を貫通してベース電極に達する第１のコンタクトを形成して第１のコンタクトをＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、第２の誘電体層を貫通してＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含む。
【０００５】
さらに別の例において、超伝導デバイスの配線構造を形成する方法が提供される。方法は、基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、第１の誘電体層内にニオブベース電極を形成するステップと、ニオブベース電極は、第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、ベース電極および第１の誘電体層の上にアルミニウム層を堆積するステップと、アルミニウム層を酸化してアルミニウム層の上面に酸化アルミニウム層を形成するステップとを含む。方法はさらに、酸化アルミニウム層上にニオブ層を形成するステップと、ニオブ層の上にフォトレジスト材料層を堆積しパターンニングしてＪＪの面積を画定するステップと、画定された面積に基づいてニオブ層、酸化アルミニウム層およびアルミニウム層をエッチングしてＪＪを形成し、従ってニオブ層、酸化アルミニウム層およびアルミニウム層の残りの部分を除去するステップとを含む。方法はさらに、フォトレジスト材料層を剥離するステップと、ＪＪ、ベース電極および第１の誘電体層の上に第２の誘電体層を堆積するステップと、第２の誘電体層を貫通してベース電極に達する第１のコンタクトを形成して第１のコンタクトをＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、第２の誘電体を貫通してＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップと、第１のコンタクトの上にある第１の導電線と、第２のコンタクトの上にある第２の導電線とを形成するステップとを含み、第１および第２の導電線は、第２の誘電体層の上面と整列された上面を有する。
【０００６】
別の例において、超伝導デバイスの配線構造が提供される。構造は、基板を覆う第１の誘電体層と、第１の誘電体層内に配置され、第１の誘電体層の上面と整列された上面を有するニオブベース電極と、ベース電極の上に接触して配置されたＪＪとを備える。構造はさらに、ＪＪ、ベース電極および第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、第２の誘電体層の上面からベース電極にまで第２の誘電体層を貫通して延在する第１のコンタクトであって、第１のコンタクトをＪＪの第１の端部に電気的に結合するための第１のコンタクトと、第２の誘電体層を貫通してＪＪの第２の端部にまで延在する第２のコンタクトとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】超伝導デバイスの配線構造の断面図である。
【図２】製造の初期段階における超伝導構造の一例の概略断面図である。
【図３】エッチングプロセスを受けてフォトレジスト材料層が堆積されパターニングされた後の図２の構造の概略断面図である。
【図４】エッチング処理後でフォトレジスト材料層が剥離された後の図３の構造の概略断面図である。
【図５】コンタクト材料を充填した後の図４の構造の概略断面図である。
【図６】化学機械研磨処理後の図５の構造の概略断面図である。
【図７】三層の形成処理後の図６の構造の概略断面図である。
【図８】エッチングプロセスを受けてフォトレジスト材料層が堆積されパターニングされた後の図７の構造の概略断面図である。
【図９】エッチングプロセス後およびフォトレジスト材料層が剥離された後の図８の構造の概略断面図である。
【図１０】第２の誘電体層の堆積を経た後、エッチングプロセスを受けてフォトレジスト材料層が堆積されパターニングされた後の図９の構造の概略断面図である。
【図１１】エッチングプロセス後およびフォトレジスト材料層が剥離された後の図１０の構造の概略断面図である。
【図１２】エッチングプロセスを受けてフォトレジスト材料層が堆積されパターニングされた後の図１１の構造の概略断面図である。
【図１３】エッチングプロセス後およびフォトレジスト材料層が剥離された後の図１２の構造の概略断面図である。
【図１４】コンタクト材料を充填した後の図１３の構造の概略断面図である。
【図１５】化学機械研磨処理後の図１４の構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、超伝導デバイス（例えば、ジョセフソン接合（ＪＪ））の配線構造およびその形成方法に関する。この方法は、平坦化された超伝導配線および誘電体にスケーラブルＪＪプロセスを組み込む。具体的には、この方法は、高密度マルチレベル配線サブミクロン技術へのスケーリングのために、ニオブベースの超伝導ＪＪ（例えば、Ｎｂ／Ａｌ／ＡｌＯｘ／Ｎｂ）をデュアルダマシンプロセスに統合する。この方法は、誘電体表面まで延在する対向電極と共にＪＪの第１の端部に結合されたベース電極としての超伝導材料のデュアルダマシン形成を採用し、それによって高密度配線のための多層配線スキームに貢献する。また、能動接合領域は、下層の超伝導トレースの上に形成され、余分な絶縁層を必要としない。上部電極は、接合の直径よりも小さいビア（接点）を使用してＪＪの第２の端部に接続され、したがってＪＪ密度を増加させる。
【０００９】
図１は、超伝導デバイスＪＪの配線構造１０の断面図を示す。超伝導デバイス構造１０は、基板１２を覆う活性層１４を含む。基板１２は、シリコン、ガラスまたは他の基板材料から形成することができる。活性層１４は、接地層またはデバイス層とすることができる。第１の誘電体層１６が活性層１４を覆い、第２の誘電体層２０が第１の誘電体層１６を覆う。第１および第２の誘電体層の両方は、ＪＪの形成に典型的に利用される低温（例えば、摂氏１６０度以下）で使用することができる低温誘電体材料から形成される。
【００１０】
ベース電極１８が第１の誘電体層に埋め込まれている。ＪＪ３０は、ベース電極１８の第１の端部の近傍にてベース電極１８上に配置され、かつ第２の誘電体層２０内に埋め込まれている。酸化された上面を有し、かつニオブ層で覆われた薄いアルミニウム層は、ベース電極１８と共に３層スタックを形成して、ＪＪ３０が形成されている。第１の導電接点２２がベース電極１８の第２の端部から第１の導電線２６で形成された対向電極まで延在し、対向電極がＪＪ３０の第１の端部に電気的に結合される。第２の導電接点２４は、ＪＪ３０の第２の端部から第２の導電線２８で形成された上部電極まで延在する。第２の導電接点２４は、接合の直径よりも小さく、このためＪＪ密度を増加させる。接点および導電線の各々は、ニオブなどの超伝導材料で形成されている。
【００１１】
次に図２〜図１０を参照して、図１の超伝導デバイスにおける配線の形成に関連して製造について説明する。本実施形態は、絶縁誘電体中に超伝導金属のシングルまたはデュアルダマシン層を形成することから開始されるプロセスフローに関して説明されることを理解されたい。ＪＪが最初に形成される場合、以下に示されるようにシングルダマシンであるか、または多層配線内に挿入される場合にはデュアルダマシンであり得る。本実施形態は、下部電極を形成するために誘電体薄膜にエッチングされたシングルダマシントレンチと、それに続く上部電極を形成するためのデュアルダマシンプロセスに関して例示される。
【００１２】
図２は製造の初期段階における超伝導構造５０を示す。超伝導構造５０は、下層基板５２を覆う、接地層またはデバイス層などの活性層５４を含む。下層基板５２は、例えば、活性層５４およびそれに続く上層を機械的に支持するシリコンまたはガラスウェハとすることができる。第１の誘電体層５６が活性層５４上に形成されている。配線層を提供するのに適した厚さに対する低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、高密度化学プラズマ気相成長法（ＨＤＰＣＶＤ）、スパッタリングまたはスピンオン技術のような第１の誘電体層５６を形成するための任意の適切な技術が用いられ得る。代替的に、第１の誘電体層５６を基板５０上に直接形成することができる。
【００１３】
次に、図３に示されるように、フォトレジスト材料層５８が構造を覆うように塗布され、次にパターニングされ現像されて、トレンチパターンに従ってフォトレジスト材料層５８にトレンチ開口部６０が露出される。フォトレジスト材料層５８は、フォトレジスト材料層５８をパターニングするのに使用される放射線の波長に対応して変化する厚さを有することができる。フォトレジスト材料層５８は、スピンコーティングまたはスピンキャスティング堆積技術によって誘電体層５６上に形成され、（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）照射によって）選択的に照射され、現像されてトレンチ開口部６０が形成される。
【００１４】
図３はまた、フォトレジスト材料層５８内のトレンチパターンに基づいて誘電体層５６に拡張トレンチ開口部６２（図４）を形成するために誘電体層５６に対してエッチング１１０（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を行うことを示す。エッチング工程１１０は乾式エッチングであり、かつ下層活性層５４および上層フォトレジスト材料層５８よりも速い速度で下層誘電体層５６を選択的にエッチングするエッチング剤を使用することができる。例えば、第１の誘電体層５６は、平行平板型ＲＩＥ装置または代替的に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマリアクタなどの市販のエッチャー内で、プラズマガス、ここではフッ素イオンを含有する四フッ化炭素（ＣＦ４）で異方性エッチングして、フォトレジスト材料層５８のパターニングされたマスクパターンを複製して、拡張されたトレンチ開口部６２を作成する。その後、フォトレジスト材料層５８を剥離し（例えば、Ｏ２プラズマ中でアッシングし）、図４に示す構造を得る。
【００１５】
次に、構造は、コンタクト材料充填を経て、ニオブのような超伝導材料６４がトレンチ６２内に堆積されて、図５の結果として得られた構造が形成される。コンタクト充填材料は標準コンタクト材料堆積を用いて堆積することができる。コンタクト充填材料の堆積に続いて、超伝導材料６４が化学機械研磨（ＣＭＰ）によって誘電体層５６の表面レベルまで研磨されてベース電極６６が形成され、図６の結果として得られる構造が提供される。
【００１６】
次に、接合の材料が図６の構造の研磨面上に堆積される。図７の例では、薄いアルミニウム層６８が堆積され、酸化されて酸化上面６９が形成され、ニオブ層７０でキャップされて、３層スタック７１が形成される。薄い酸化アルミニウムはトンネル障壁を形成し、ニオブ近接効果はギャップ電圧を設定し、これは両方ともＪＪの臨界電流に影響を与える。ＪＪは、３層スタック７１上に深紫外線（ＤＵＶ）フォトリソグラフィパターニングを使用して画定される。図８に示すように、フォトレジスト材料層７２が、構造の一部を覆うように塗布され、次にＪＪが形成される予定の場所を除くあらゆる場所に３層スタックを露出させるようにパターニングされ、現像される。
【００１７】
図８はまた、３層スタック材料７１に対してエッチング１２０（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を実行して、ベース電極６６と重なるＪＪ７４（図９）を形成して最終のＪＪサイズを画定することを示す。エッチングステップ１２０は、下層ベース電極６６および上層フォトレジスト材料層７２よりも速い速度で３層スタック層７１を選択的にエッチングするエッチング剤を使用するドライエッチングとすることができる。塩素ベースのプラズマエッチングは、ニオブおよびアルミニウムのような超伝導材料をエッチングするので、エッチング剤として利用される。酸化アルミニウムは非常に薄いので、エッチングは、エッチング化学物質中のアルゴンの存在により停止しない。プラズマエッチングは、下層ベース電極６６内に著しく過剰にエッチングされないことが望ましく、これにより、下層構造の良好な平坦性の利点が得られて、ＪＪ７４が形成される。その後、フォトレジスト材料層７２を剥離し（例えば、Ｏ２プラズマ中でアッシングし）、図９に示す構造を得る。
【００１８】
次に、図１０に示すように、第２の誘電体層７６を図９の構造上に形成してＪＪ７４を封入する。フォトレジスト材料層７８が、構造を覆うように塗布され、次いでビアパターンによってフォトレジスト材料層７８内の開口領域８０を露出するようにパターン化され（例えば、ＤＵＶイメージングされ）、現像される。図１０はまた、第２の誘電体層７６上にエッチング１３０を行って、フォトレジスト材料層７８内のビアパターンに基づいて第２の誘電体層７６内に拡張ビア開口部８２（図１１）を形成することを示す。エッチング１３０は、ニオブに対して選択的な化学作用を有するエッチング剤を使用する。ベース電極６６およびＪＪ７４への接続を提供するために、第１の拡張開口領域はベース電極６６まで延在し、第２の拡張開口領域はＪＪ７４まで延在する。その後、フォトレジスト材料層７６を剥離し（例えば、Ｏ２プラズマ中でアッシングし）、図１１に示す構造を得る。
【００１９】
次に、図１２に示されるように、フォトレジスト材料層８４が構造を覆うように塗布され、続いてパターニングされ現像されて、トレンチパターンによってフォトレジスト材料層８４内に開口トレンチ領域８６を露出させる。図１２はまた、フォトレジスト材料層８４内のトレンチパターンに基づいて第２の誘電体層７６にエッチング１４０（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を行って第２の誘電体層７６に拡張開口部８８（図１２）を形成することを示す。その後、フォトレジスト材料層８４を剥離し（例えば、Ｏ２プラズマ中でアッシングし）、図１３に示す構造を得る。
【００２０】
次に、構造は、コンタクト材料充填を経て、ニオブ等の超伝導材料９０を標準的なコンタクト材料堆積を用いてビア８２およびトレンチ８８内に堆積させて図１４の結果として得られる構造を提供する。コンタクト材料充填物の堆積に続いて、コンタクト材料は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって第２の非酸化物ベースの誘電体層７６の表面レベルまで研磨されて、図１５の結果として得られる構造が提供される。結果として得られる最終構造は、個々の導電線９４に結合されたベース電極６６およびＪＪ７４まで延在するコンタクトを含むように提供されて、図１に示される構造と同様の構造が提供される。導電線９４は、ＪＪ７４の第１の端部に結合されたベース電極に結合された対向電極と、ＪＪ７４の第２の端部に結合された上部電極とを形成する。
【００２１】
上述の記載内容は本発明の例である。当然のことながら、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。
【図１】
2019527942.tif 000003
【図２】
2019527942.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月15日(2019.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にベース電極を形成するステップと、前記ベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
前記ベース電極上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ＪＪが、前記ベース電極とニオブ層との間に配置されたアルミニウム／酸化アルミニウム層から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のコンタクトが、前記ＪＪの直径よりも小さい直径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のコンタクトの上にある第１の導電線と、前記第２のコンタクトの上にある第２の導電線とを形成するステップをさらに含み、前記第１および第２の導電線は前記第２の誘電体層の上面に整列された上面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２のコンタクトならびに前記第１および第２の導電線は、デュアルダマシンプロセスによって形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＪＪの形成が、
前記ベース電極および前記第１の誘電体層の上にアルミニウム層を堆積するステップと、
前記アルミニウム層を酸化して前記アルミニウム層の前記上面に酸化アルミニウム層を形成するステップと、
前記酸化アルミニウム層の上にニオブ層を形成するステップと、
前記ニオブ層の上にフォトレジスト材料層を堆積しパターンニングしてジョセフソン接合の面積を画定するステップと、
前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層および前記アルミニウム層をエッチングしてＪＪを形成し、かつ前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層の残りの部分を除去するステップと、
前記フォトレジスト材料層を剥離するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基板と前記第１の誘電体層との間に１つまたは複数の層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にニオブベース電極を形成するステップと、前記ニオブベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
ベース電極および前記第１の誘電体層の上にアルミニウム層を堆積するステップと、
前記アルミニウム層を酸化して前記アルミニウム層の上面に酸化アルミニウム層を形成するステップと、
前記酸化アルミニウム層上にニオブ層を形成するステップと、
前記ニオブ層の上にフォトレジスト材料層を堆積しパターンニングしてジョセフソン接合（ＪＪ）の面積を画定するステップと、
画定された面積に基づいて前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層および前記アルミニウム層をエッチングしてＪＪを形成し、前記ニオブ層、前記酸化アルミニウム層および前記アルミニウム層の残りの部分を除去するステップと、
前記フォトレジスト材料層を剥離するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層の上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップと、前記第２のコンタクトは、前記ＪＪの直径よりも小さい直径を有し、
前記第１のコンタクトの上にある第１の導電線と、前記第２のコンタクトの上にある第２の導電線とを形成するステップとを含み、前記第１および第２の導電線は、前記第２の誘電体層の上面と整列された上面を有する、方法。
【請求項９】
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層に使用される誘電体材料は、約摂氏１６０℃の温度で誘電体の第１および第２の材料層を形成することができる材料である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１および第２のコンタクトならびに前記第１および第２の導電線は、デュアルダマシンプロセスによって形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ベース電極はシングルダマシンプロセスによって形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
超伝導デバイスの配線構造であって、
基板を覆う第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層内に配置され、前記第１の誘電体層の前記上面と整列された上面を有するニオブベース電極と、
ベース電極の上に接触して配置されたジョセフソン接合（ＪＪ）と、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層の上面から前記ベース電極にまで前記第２の誘電体層を貫通して延在する第１のコンタクトであって、前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するための前記第１のコンタクトと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部にまで延在する第２のコンタクトと、
前記第１のコンタクトを覆う第１の導電線と、
前記第２のコンタクトを覆う第２の導電線とを備え、
前記第１および第２の導電線は、前記第２の誘電体層の上面と整列された上面を有する、配線構造。
【請求項１３】
前記ＪＪが、前記ベース電極とニオブ層との間に配置されたアルミニウム／酸化アルミニウム層から形成される、請求項１２に記載の配線構造。
【請求項１４】
前記第２のコンタクトが、前記ＪＪの直径よりも小さい直径を有する、請求項１２に記載の配線構造。
【請求項１５】
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層に用いられる誘電体材料は、約摂氏１６０℃の温度で誘電体の第１および第２の層を形成することができる材料である、請求項１２に記載の配線構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上述の記載内容は本発明の例である。当然のことながら、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にベース電極を形成するステップと、前記ベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
前記ベース電極上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含み、
前記ＪＪが、前記ベース電極とニオブ層との間に配置されたアルミニウム／酸化アルミニウム層から形成され、
前記ベース電極がニオブから形成される、方法。
［付記２］
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にベース電極を形成するステップと、前記ベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
前記ベース電極上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含み、
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層に用いられる誘電体材料は、約摂氏１６０℃の温度で誘電体からなる第１および第２の材料層を形成することができる材料である、方法。
［付記３］
超伝導デバイスの配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層内にベース電極を形成するステップと、前記ベース電極は、前記第１の誘電体層の上面に整列された上面を有し、
前記ベース電極上にジョセフソン接合（ＪＪ）を形成するステップと、
前記ＪＪ、前記ベース電極および前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体層を貫通して前記ベース電極に達する第１のコンタクトを形成して前記第１のコンタクトを前記ＪＪの第１の端部に電気的に結合するようにし、前記第２の誘電体層を貫通して前記ＪＪの第２の端部に達する第２のコンタクトを形成するステップとを含み、
前記ベース電極がシングルダマシンプロセスによって形成される、方法。
【国際調査報告】
2019527942.tif 000018
2019527942.tif 000019